JP5344809B2

JP5344809B2 - バックライト装置

Info

Publication number: JP5344809B2
Application number: JP2007301139A
Authority: JP
Inventors: 貴史安本
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2027-11-21
Also published as: JP2009129591A

Description

本発明は、液晶表示パネルの光源となるバックライト装置に関し、特に、バックライト装置の発光素子をマトリックス駆動する方式に関する。

液晶表示パネルは、それ自体は発光素子ではないため、その背面にバックライト装置を取り付けることが望ましい。バックライト装置には、従来より冷陰極蛍光ランプ（以下、ＣＣＦＬと称する）が使用されてきたが、最近ではそれに代わって低消費電力、高寿命の発光ダイオード（light emitting diode、以下、ＬＥＤと称する）の使用が増えている。

ＣＣＦＬは、一般的な蛍光灯と似た細長い円筒状をした線光源であり、その細長い形状を活かして導光板と組み合わされ、液晶表示パネルの光源として広く使われてきた。しかし、ＣＣＦＬは、スイッチのオン／オフの繰り返しに弱く、さらに使用期間が長くなると黒ずみがでてくる、低温での特性が良くない、また、水銀を含有している、という欠点がある。そこで、新たな光源としてＬＥＤが使用されている。ＬＥＤは、点光源であるため、バックライト光源として使用するには複数のＬＥＤが必要となる。

複数のＬＥＤの点灯方法には、マトリックス駆動方式と直列駆動方式がある。図１（ａ）は４行×３列のマトリックス駆動回路の例であり、図１（ｂ）は直列駆動回路の例である。マトリックス駆動回路は、光源駆動回路４に接続されたアノード側の共通の電源ライン３と、定電流制御のために光源駆動回路４に個別に接続されるカソード側の電源ライン６ａ、６ｂ、６ｃとの間に並列に接続された複数の電流経路２を含む。電流経路２は、直列に接続された複数のＬＥＤ１から構成されている。本明細書では、ＬＥＤのマトリックス配列に関して、電流経路２を並列に接続する方向を「行」、ＬＥＤ１を直列に接続する方向を「列」と呼ぶ。図１（ａ）は、４行×３列のマトリックス配列であるが、これ以外にも、３行×４列、６行×２列、または２行×６列であってもよい。

直列駆動回路は、図１（ｂ）に示すように、光源駆動回路４に接続された電源ライン３に１２個の全てのＬＥＤを直列に並べただけの単純な回路である。直列駆動回路では、ＬＥＤの数に比例して駆動電圧が大きくなり、しかも、ＬＥＤを接続する配線の一部が断線すると回路全体が遮断され、液晶表示パネルへの光源が全て失われてしまうというデメリットがある。このため、中型から大型の液晶表示パネルのバックライトにＬＥＤを用いるときには、マトリックス駆動方式を採用するのが一般的である。

ＬＥＤは、光度にバラツキがあるため、そのバラツキ具合に応じてＬＥＤを複数のランクに分類している。ＬＥＤの面内光度分布のバラツキを抑制したい場合には、同一光度ランクのＬＥＤを用いれば、そのバラツキが最小化される。他方、同一光度ランクのＬＥＤを選別することは、結果的にコスト高になってしまう。

特許文献１は、こうした不具合を解消するため、ＬＥＤが同数ずつ含まれるように区切った各小ブロックに対して、少なくとも２つの異なるランクに分類されたＬＥＤを搭載し、各小ブロックに搭載するＬＥＤのランクの組合せを一致させている。

特開２００７−６５４１４号

従来のカーナビゲーション装置では、図２（ａ）に示すように、例えば７インチワイド液晶表示パネルを用い、その長手方向に１２個のＬＥＤを直線状に配列している。ＬＥＤの必要数は、ディスプレイに要求される輝度、液晶の透過率、カラーフィルターの濃度、光学部材の損失、輝度上昇部材などの係数により算出される。ＬＥＤを配置する間隔を等間隔とする場合、その間隔Ｄは、次式で表される。

７インチワイドの液晶表示パネルの有効表示エリアの長辺の長さＬは約１６０ｍｍであり、ＬＥＤの灯数が１２であれば、ＬＥＤは、１２．３ｍｍの間隔Ｄで配置され、左右のＬＥＤは、エッジから間隔Ｄの半分の距離６．１５ｍｍで配置される。

ＬＥＤは、上記したように光量のバラツキ以外にも、色調や順方向降下電圧（以下、ＶＦと略す）のバラツキがあり、色調やＶＦに応じてＬＥＤがランク分けされている。ＬＥＤの光量は駆動電流に比例するため、マトリックス駆動回路の各列には等しい駆動電流を流さなければならないという制約がある。このため、各列のＬＥＤはすべて同一のＶＦランクにするか、あるいは各列のＶＦランクの組合せを等しくする必要がある。

図３は、１２灯数のＬＥＤのＶＦランクの組合せを一致させたマトリックス駆動回路を示している。同図に示すように、１行目のＬＥＤは、ＶＦランク（Ａ）の３．０Ｖ、２行目のＬＥＤは、ＶＦランク（Ｂ）の３．４Ｖ、３行目のＬＥＤは、ＶＦランクＶＦ（Ｃ）の３．８Ｖ、４行目のＬＥＤは、ＶＦランクＶＦ（Ｄ）の４．２Ｖとし、各列の合計のＶＦの値が１４．４Ｖと等しくしている。

ところで、ＬＥＤの発光効率は、技術開発等により向上しており、以前よりも少ないＬＥＤの灯数で等価な輝度を出力することが可能である。また、使用している擬似白色ＬＥＤは、単価、ランク等の選別料、実装費、検査費などを含んでおり、これがバックライト装置や液晶表示装置のコストに反映されてしまう。このため、可能な限りＬＥＤの灯数を削減することが望まれる。

従来のマトリックス駆動方式によりＬＥＤの灯数を１２個から削減しようとする場合、各列の駆動電流を等しくするためＬＥＤの灯数は１０になる。ＬＥＤが１０灯の場合、上記式（１）からＬＥＤの間隔Ｄは、１４．５ｍｍとなり（図２（ｂ）を参照）、ＬＥＤ１２灯数の場合と比較して、１４．５−１２．３＝２．２ｍｍだけ間隔が広がってしまう。このように灯数が一気に２個削減されてしまうと、面内均一度が悪化し、液晶パネル上に光源斑が強く現れてしまう。

他方、ＬＥＤの灯数を１つ削減し１１灯数にすることも可能であるが、この場合には、図４に示すように、４行×２列のマトリックスを駆動するための光源駆動回路４と、直列接続された３つのＬＥＤを駆動するための光源駆動回路４ａを別途持たなければならず、回路が煩雑となり、その分だけ余分なコストが生じてしまう。

本発明は、このような従来の課題に着目し、コスト増加を抑制しつつ所望の数の発光素子をマトリックス駆動することができるバックライト装置を提供することを目的とする。

本発明に係るバックライト装置は、第１の電源ラインと、第２の電源ラインと、第１および第２の電源ライン間に並列に接続された複数の電流経路とを含み、前記複数の電流経路の各々は、直列に接続された複数の発光素子を含み、前記複数の電流経路に含まれる第１の電流経路は第１の数の発光素子を含み、前記複数の電流経路に含まれる第２の電流経路は第１の数と異なる第２の数の発光素子を含み、第１の電流経路に含まれる発光素子の順方向降下電圧の合計と第２の電流経路に含まれる発光素子の順方向降下電圧の差分は一定値以内にある。

好ましくは、第１の電流経路に含まれる発光素子の順方向降下電圧の組合せは、第２の電流経路に含まれる発光素子の順方向降下電圧の組合せと異なる。好ましくは、第１および第２の電流経路に含まれる各発光素子は、光度に基づき分類された光度ランクと色調に基づき分類された色調ランクが同一である。好ましくは、前記複数の電流経路に含まれる各発光素子は、基板上に等間隔で直線状に配置されている。好ましくは、バックライト装置はさらに、発光素子からの光を拡散する導光板を含む。

本発明によれば、第１および第２の電流経路に含まれる発光素子の数が異なるとき、それらの順方向降下電圧の合計を一定値以内にすることで、光源駆動回路が制御する電流経路の間のバランス制御が簡便化されることとなり、これによりマトリックス駆動回路の制約を受けることなく、最適な発光素子の数および最適な発光素子の間隔を決定することができる。さらに本発明によれば、発光素子の駆動回路の変更、追加、別方式を検討することなく、既存回路を用いることができ、その結果、液晶表示装置の低減を図ることができる。

以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。ここでは、バックライト装置は、発光ダイオードをライン状に配し、これを導光板により面光源に変換する例を説明する。

図５は、本発明の実施例に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。液晶表示装置１００は、液晶表示パネル１１０と、液晶表示パネル１１０の光源としてのバックライト装置１２０を含む。バックライト装置１２０は、ＬＥＤを駆動する光源駆動回路１３０と、ＬＥＤをライン状に配した光源部１４０と、光源部１４０からの光を２次元に変換する導光板１５０とを含む。光源部１４０はまた、複数のＬＥＤをライン状に配置したプリント基板１４２を含む。本実施例では、ＬＥＤの灯数は１１個であり、１１個のＬＥＤは後述するようにマトリックス駆動回路により駆動される。

ＬＥＤは、上記したように同じ製造方法で製造されたとしても、その品質や性能にはバラツキが生じる。ＬＥＤのバラツキには、光度、色度、順方向降下電圧（ＶＦ）があり、これらに応じてランク分けがなされる。図６は、ＬＥＤのランク分けを説明する図であり、図６（ａ）は光度ランク、図６（ｂ）は色調ランク、図６（ｃ）はＶＦランクの例を示している。

光度ランクとは、ＬＥＤのアノードとカソード間に一定の順方向電流を印加したときのＬＥＤの明るさを分類するものである。図６（ａ）に示すように、例えば１５０ｍＡの電流を流したときの各ＬＥＤの光度に応じて、ランク１からランク４のいずれかに分類される。

ＬＥＤの色調ランクは、そのＬＥＤが発光する色調に応じて、ランク分けされる。例えば、理想的な白色の色座標がｘ＝０．２５、ｙ＝０．２５で表される場合、個別のＬＥＤが発光する白色は、その周囲に所定範囲のバラツキを有する座標として表されることとなる。この関係を図６（ｂ）に示す。ここでは、ランクをａ〜ｉまでの９個に分類し、ｅランクが最も白色に近いランクとなっている。

ＶＦランクは、図６（ｃ）に示すように、例えば、４ランクに分類される。ＬＥＤを駆動するには、ＬＥＤに順方向バイアスを加えるが、そのときの電圧降下はＬＥＤによってバラツキがある。図６（ｃ）では、この順方向降下電圧の値に応じて、ランクＶＦ（Ａ）〜ランクＶＦ（Ｄ）迄の４つに分類している。

プリント基板１２は、例えば、エポキシ樹脂等の絶縁板上に銅箔等の配線パターンを形成して構成され、基板上に複数のＬＥＤが等間隔にライン状に配置される。導光板２０は、例えば、厚さ２〜５ｍｍのアクリル板の一方の表面に複数の反射部が形成されており、一側面から入射されたライン状の点光源が反射部によって反射され、液晶表示パネル１１０の面光源となる。

図７は、本実施例に係るバックライト装置において１１灯数のＬＥＤを駆動するマトリックス駆動回路の構成を示す。マトリックス駆動回路は、光源駆動回路１３０に接続されたアノード側の電源ライン２００と、カソード側の電源ライン２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃと、電源ライン２００と２１０ａ〜２１０ｃの間に並列に接続された電流経路２２０、２２２、２２４とを含む。第１列目の電流経路２２０は、４つのＬＥＤを直列に接続し、第２列目の電流経路２２２は、４つのＬＥＤを直列に接続し、第３列目の電流経路２２４は、３つのＬＥＤを直列に接続する。

１列目および２列目のＬＥＤの数は等しいが、３列目のＬＥＤの数は、１列目および２列目のＬＥＤの数と異なる。本実施例では、各列のＬＥＤの数が異なるとき、各列のＶＦの合計値を等しくするか、その差分を限りなく小さくなるようにＶＦランクの選定を行う。１列目と２列目の電流経路２２０、２２２において、１行目のＬＥＤ２５０はランクＶＦ（Ａ）であり、ＶＦが２．９Ｖである。２行目のＬＥＤ２５２はランクＶＦ（Ａ）であり、ＶＦが３．０Ｖである。３行目のＬＥＤ２５４はランクＶＦ（Ｂ）であり、ＶＦが３．３Ｖである。４行目のＬＥＤ２５６はランクＶＦ（Ｃ）であり、ＶＦが３．７Ｖである。従って、第１列および第２列のＬＥＤのＶＦの合計値は１２．９Ｖである。他方、３列目の電流経路２２４において、３つのＬＥＤ２５８は、すべてランクＶＦ（Ｄ）であり、ＶＦが４．３Ｖである。従って、ＶＦの合計値は１２．９Ｖである。また、第１ないし第３列の各ＬＥＤ２５０、２５２、２５４、２５６、２５８の光度ランクおよび色調ランクは同一であることが望ましい。

このようにマトリックス駆動回路を構成することにより、光源駆動回路１３０から第１および第２の電源ライン２００、２１０ａ〜ｃ間が定電流制御されることで、各列の順方向電圧の合計が等しくなり、各ＬＥＤがバラツキの少ない光度および色調で点灯される。これにより、ＬＥＤの総数が割り切れない数または素数であっても、マトリックス駆動回路によりＬＥＤの最適な点灯を行うことができる。

なお、図７に示すマトリックス駆動回路に示されるランクＶＦは、一例であって、これに限るものではない。さらに、各列に用いるＶＦランクの組合せや、各列の合計のＶＦの値も適宜変更することができる。さらに上記例では、各列の合計のＶＦを１２．９Ｖとすべて等しくしたが、各列の合計のＶＦの差分が一定値（例えば、０．１Ｖ以内）に抑えるようにしてもよい。

また、１１個のＬＥＤを駆動する場合には、図８に示すように、３行×３列とし、４列目の電流経路２２６に２つのＬＥＤを直列接続する構成であってもよい。各ＬＥＤのＶＦは、図８（ｂ）のテーブルに示すような組合せを用いることができ、４列目のＶＦの合計は８．７Ｖであり、その他の各列のＶＦの合計は８．８Ｖである。勿論、４列目のＶＦの合計は８．８Ｖであることが望ましい。

図９（ａ）は、１１個のＬＥＤの配列を説明する図である。液晶表示パネル１１０を７インチワイドサイズとし、有効表示エリアの長辺の長さＬを１６０ｍｍとする。上記数式１に従うと、各ＬＥＤは、約１３．３ｍｍの間隔で配置され、左右両端のＬＥＤは、エッジから６．６５ｍｍに配置される。図中の四角形の内部の数字は灯数を示す。

図９（ｂ）に、ＬＥＤを１２灯数、１１灯数、１０灯数としたときのＬＥＤの間隔と、１２灯数のときの間隔からの差分を示す。１２灯数から１０灯数に削減した場合には、ＬＥＤの間隔が２．２ｍｍだけ広がるが、１１灯数に削減した場合には、間隔が１．０ｍｍとなり、光源にムラができず、表示斑も発生しない。

図１０（ａ）は、導光板１５０を使用した液晶表示装置１００の模式図である。液晶表示パネル１１０の背面に導光板１５０が設置され、導光板１５０の一側面に沿って光源部１４０が設置される。光源部１４０から照射されたライン上の点光源は、導光板１５０によって直角に反射され面光源として液晶表示パネル１１０を照射する。図１０（ｂ）は、図７に示すマトリックス駆動回路を構成するＬＥＤが直線状に配列されたイメージを示している。また、図１０（ｃ）に示すように、図１０（ｂ）に示すライン状に配列されたＬＥＤを複数ラインとすることで、ＬＥＤの面状光源を得ることも可能である。この場合には、面状光源と液晶表示パネル１１０の間にＬＥＤの光を拡散する拡散シートなどを介在させるようにしてもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明に係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１（ａ）は従来の４行×３列のマトリックス駆動回路の例であり、図１（ｂ）は１２灯数の直列駆動の例である。図２（ａ）は従来の１２灯数のＬＥＤの直線状の配列を説明する図、図２（ｂ）は従来の１０灯数のＬＥＤの直線状の配列を説明する図である。図３（ａ）は、従来のマトリックス駆動回路におけるＶＦランクの組合せを説明する図であり、図３（ｂ）は各ＬＥＤのＶＦランクを示すテーブルである。従来のマトリックス駆動回路の課題を説明する図である。図５は、本発明の実施例に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。図６（ａ）はＬＥＤの光度ランク、図６（ｂ）は色調ランク、図６（ｃ）はＶＦランクを説明する図である。図７（ａ）は、本実施例に係るバックライト装置における１１灯数のＬＥＤのマトリックス駆動回路の構成例を示す図、図７（ｂ）は各ＬＥＤのＶＦを示すテーブルである。図８（ａ）は１１灯数のＬＥＤの他のマトリックス駆動回路の例を示す図、図８（ｂ）は、各ＬＥＤのＶＦを示すテーブルである。図９（ａ）はライン状に配列された１１灯数の間隔を示す図、図９（ｂ）は１２灯数、１１灯数、１０灯数のＬＥＤ間隔を比較するテーブルである。本実施例の液晶表示装置の模式図であり、図１０（ａ）は、導光板を使用した例を示し、図１０（ｂ）は、マトリックス駆動されるＬＥＤの配列例を示し、図１０（ｃ）は、２次元光源を得るためのＬＥＤの構成例を示す図である。

符号の説明

１００：液晶表示装置
１１０：液晶表示パネル
１２０：バックライト装置
１３０：光源駆動回路
１４０：光源部
１４２：プリント基板
１５０：導光板
２００、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ：電源ライン
２２０、２２２、２２４、２２６：電流経路
２５０、２５２、２５４、２５６、２５８：ＬＥＤ

Claims

各列の発光素子の数を等しくすることができないｎ個の発光素子をマトリックス駆動し、かつｎ個の発光素子を等間隔で直線状に配置するバックライト装置であって、
第１の電源ラインと、
第２の電源ラインと、
第１および第２の電源ライン間に並列に接続された複数の電流経路とを含み、
前記複数の電流経路の各々は、直列に接続された複数の発光素子を含み、前記複数の電流経路に接続された発光素子の総数はｎ個であり、ｎは複数の列で割り切れない数または素数であり、
前記複数の電流経路に含まれる第１の電流経路は第１の数の発光素子を含み、前記複数の電流経路に含まれる第２の電流経路は第１の数と異なる第２の数の発光素子を含み、
第１の電流経路に含まれる各発光素子の順方向降下電圧の選定された組合せの配列は、第２の電流経路に含まれる各発光素子の順方向降下電圧の選定された組合せの配列と異なり、
第１の電流経路に含まれる第１の数の発光素子の順方向降下電圧の合計と第２の電流経路に含まれる第２の数の発光素子の順方向降下電圧の合計の差分は等しいかあるいは一定の範囲内である、バックライト装置。
少なくとも第１および第２の電流経路に含まれる各発光素子は、光度に基づき分類された光度ランクと色調に基づき分類された色調ランクが同一である、請求項１に記載のバックライト装置。
バックライト装置はさらに、発光素子からの光を拡散する導光板を含む、請求項１または２に記載のバックライト装置。
請求項１ないし３いずれか１つに記載のバックライト装置と、前記バックライト装置からの光が照射される液晶表示パネルとを含む液晶表示装置。